采用ICL7107的小型数字温控表

　　在工业系统和日常生活中温度测量是最常见的非电量测量之一，温度也是主要的被控参数之一。传统的测量方法是：采用各种各样的温度传感器将温度参数转换为电量，再将模拟信号转换为数字信号，再显示。如需控制被测温度，那末还要将反馈信号与设置信号进行比较、运算以控制制冷设备。由于一般温度传感器输出的信号比较小，信号必须放大。加之传感器的非线性，现场的干扰等问题，使得一般温度测量和控制系统线路复杂、体积大、造价高，而且难于实现远距离传输和控制。研制廉价的带有温控功能的大众化的温控表，将具有现实意义。

　　随着微电子技术的日新月异，从温度传感器、运算放大器到A/D转换器、显示技术都有了长足的进步，各种各样的（线性的、数字的）大规模集成电路和集成温度传感器的出现，使得研制高可靠的小型的数字化的廉价的温控表成为可能。现在把笔者设计的在实际冷库工程中应用的一个温控表介绍给大家。

　　一、设计思想和指标

　　1、适应范围大的通用型。调查结果表明：在一般工业系统和日常生活中，温度的测量和控制在-50e~+150e范围内占80%以上另外控制精度？0#5e已能满足一般要求。根据以上的情况，确定温控表的指标为：

　　

　　2、采用大规模集成电路，以简化电路设计，提高系统工作可靠性、稳定性。

　　3、低成本、易安装、易调试、易校准，使用简单，方便灵活。

　　根据以上原则，采用AD590单片集成两端式感温电流源温度传感器和ICL710731/2位A/D转换器。

　　二、AD590和ICL7107简介及外接元件参数的计算

　　AD590是半导体结效应式温度传感器，它所流过的电流数值（微安级）等于绝对温度（开尔文）的度数;激励电压可以从+4V到+40V;温度范围-55e~+150e;标准的输出：1LA/bC线性关系。因为是电流输出，易于远距离传输，且不会因电压降或感应噪声电压影响产生误差。

　　AD590有两种封装TO-52（金属）和TO-92（塑料），一般使用金属封装。AD590的输出电流为：

　　i（t）=io+t@K=273.2LA+t@1LA/bC式中：K）））AD590比例因子（K=1LA/e）t）））摄氏温度

　　在本温控表中AD590应用于电压输入系统中，如图1所示。

　　

　　系统具有偏置（EOS）和增益调节装置。在量程的最低温度附近可作偏置校正，在所测的最高温度附近可调节增益。根据电压量程，RT取不同的值，在本系统中取RT=10k8 EOS=2#73V，则VO=10mV/Cb。ICL7107是CMOS构造的自动稳零二重积分型，内含时钟振荡器（外附R、C），差分输入，高共模抑制比，低功耗，LED显示及具有大规模集成电路的优点的单片A/D转换器。电路主要由两部分组成：模拟部分和数字部分，工作原理如下。

　　转换周期分为三个阶段：自动稳零（AZ）阶段、信号积分（INT）阶段、反积分（DE）阶段，其时间分别为

　　

　　在反积分期的输入时钟脉冲数最大值是2000，当等于或超过2000时溢出;当不足2000时，只要反相积分期结束，即转入自动稳零期，这时自动稳零期的时间增长值$TAZ为

　　

　　综上：A/D转换的三个阶段共需4000个TCL时钟周期，因为振荡周期4分频TCL，所以整个转换时间为16000个TOSC（振荡周期）。

　　根据A/D转换原理知道：D的最大读数为2000，在前面已设计AD590的取样电阻RT=10k8，则有10mV/Cb，设满量程VFS=2.000V（即2000e），根据（4）式，就可算出参考电压VREF的值，即VREF=1/2@2V=1V。当然，也

　　可以固定VREF，用调整放大器的放大倍数来满足读数的要求。在本温控表中，就是固定VREF的值，调整放大器的系数实现量程调节。ICL7107采用塑料或陶瓷封装，双列直插式，共40个引脚，引脚排列和功能如图2所示。

　　

　　下面介绍ICL7107外围器件参数的计算：

　　（1）振荡频率fosc

　　

　　一般取C=100pF，由于双积分型A/D转换器第一次积分阶段的时间TINI为电网工频周期20ms（f=50Hz）的整数倍时具有无穷大的抑制串模干扰的能力。因此输入脉冲的频率必须满足下式

　　

　　

　　自动稳零电容Caz大小的选择依系统允许引入的噪声为依据。一般在A/D转换器具有较高分辨率时，要求引入小的噪声，这时就要选用较大的自动稳零电容。因此，在满度输入Vfs=2V（分辨率为1字/1mV）时，Caz一般为01047LF。

　　（5）参考电容Cref

　　参考电容CREF的选取以保证A/D转换器的翻转误差限制在1个字以内为度，一般选为011LF。

　　三、整机电原理图及工作原理

        整机电原理图如图3所示。

　　

　　温度传感器AD590在激励电压（10V）作用下，在采样电阻R21上产生电压，经跟随器U2:ALM324分两路输出：一路给A/D转换器的输入INL0（ICL7107的31脚），一路给温控比较器。信号采用浮空输入，在输出的另一端通过U2:BLM324加入偏置电压（-2127V），使其0e对应-2127V，偏置电压是用正输出可变型三端稳压器LM317L来实现的。

　　在本电路中，ICL7107的参考电压Vref是固定的，其值是Vref=10k/30k@218V=01933V，根据公式VFS=2Vref，则有VFS=11867V，这与采样电阻RT=10k8上产生的0101V/e不一致，为此在U2:A的输出端用W1来调整输出的大小，使其放大系数《1，偏置电压用W2来调整。

　　温度控制由比较器U2:CLM324，U2:DLM324，带复位（R）和置位（S）功能的双D触发器CD4013B，固态继电器、K1（工作状态开关）、K2（温度上下限设置开关）来完成。首先要设定上下限温度：K1置设置位置，K2置上限温度位置。调W3，显示上限设定温度;K1位置不变，K2置下限位置，调W4，显示下限设定温度。温度调整好后，K1置工作状态，就可以进入温度显示和温控状态。如果此时，温度在上下限之间变化则继电器不工作，处于保持温度状态。一旦温度升高到上限温度，则比较器U2:C输出变为高电平，使触发器置位，固态继电器工作，制冷机开动，开始降温，直到温度低于下限时，比较器U2:D输出变高，使触发器复位，固态继电器关闭，制冷机停止，进入下一个循环。

　　四、温度校准

　　温度表要进行温度校准，校准采用比较法。校准的过程是这样的：将温度传感器和标准温度计放入衡温槽中，首先使衡温槽处于0e（看标准表），调W2，使温控表读数为零;然后降温至-50e（看标准表），调W1，使温控表读数为-50e，再升温至+150e，调W1。这样反复进行几次，校准就完成了。